REFRACTARIOS - TEMA I -LOS MATERIALES ... - Página Antigua

5.- Formas polimórficas y sus transformaciones.
Dado que la temperatura y la presión sobre un material refractario, fundamentalmente la temperatura, pueden sufrir o
sufren modificaciones durante su servicio, las distancias interatómicas y las amplitudes de las vibraciones atómicas,
pueden alcanzar tal magnitud, que bajo esas nuevas condiciones puede ocurrir que no sea estable la estructura cristalina
que presentaba el material, por ejemplo a temperatura ambiente, y tenga que pasar a otra estructura más estable.
Los materiales que tienen la misma composición química pero diferente estructura cristalina se denominan polimorfos y el
cambio de una estructura a otra, transformación polimórfica. Si el material es un elemento recibe el nombre de forma y
transformación alotrópica.
Dentro de los materiales cerámicos y refractarios existen materiales, que pueden presentar diferentes formas alotrópicas
(Elementos) o polimórficas (Compuestos), lo cual en muchos casos influye de una manera decisiva en las aplicaciones de
dichos materiales. Un ejemplo lo constituye la circona (Oxido de circonio, ZrO2). A temperatura ambiente, la estructura
cristalina estable es la forma polimórfica monoclínica, la cual se transforma en la tetragonal cuando al ir aumentando la
temperatura esta llega a, aproximadamente, 1100 º C. La transformación:
ZrO2 (Monoclínico) ⇔ ZrO2 (Tetragonal)
va acompañada por una importante variación volumétrica, ∆ V = - (3-5) %, lo que puede causar la rotura o un sustancial
debilitamiento del material. Al objeto de solucionar este problema se descubrió que pequeñas adiciones de MgO, CaO o
Y2O3 a la circona dan lugar a una estructura cúbica que no experimenta ninguna transformación polimórfica dentro de un
amplio intervalo de temperaturas. Esto puede observarse en las figura 5.1 (a), (b) y (c) , que representan los diagramas
binarios de fases de la circona con los óxidos estabilizadores.
Antes de proceder a seleccionar un material refractario para una determinada aplicación, es necesario verificar si tiene
lugar alguna transformación polimórfica dentro del intervalo de temperaturas de trabajo, que pueda desaconsejar su
utilización. Esto puede hacerse mediante la observación de la curva de expansión térmica del material (Estudio
dilatométrico). Muchos de los componentes habituales de los materiales cerámicos tienen diferentes formas polimórficas.
Un ejemplo de ello lo tenemos en los siguientes compuestos SiO2, SiC, C , Si3N4, BN, TiO2, ZnS, BaTiO3, Al2SiO5, FeS2 ,
As3O5, etc.
Dependiendo del tipo de cambios que ocurren en el cristal, se pueden distinguir dos tipos de transformaciones
polimórficas (También se pueden clasificar en dos tipos atendiendo a la velocidad de la transformación):
(a).-Transformaciones por desplazamiento o militares (Estructuralmente es el tipo de transformación menos drástica)
(b).-Transformaciones por reordenación o difusionales (Reconstructivas).
Figura 5.1.- (a).- Diagrama de fases ZrO2-MgO.